级进模工艺技术应用与研究

文/邓利阳·东风(武汉)实业有限公司

级进模工艺技术应用与研究

文/邓利阳·东风(武汉)实业有限公司

邓利阳，技术开发部冲压高级工程师，主要从事汽车冲压技术的应用与研究工作，参与完成了神龙公司G95项目和级进模技术的应用与研究，并获得东风汽车公司青年自主创新科技成果三等奖。

通过级进模工艺技术的应用，使冲压件由卷料到零件一个冲次完成所有加工工序，较传统冲压工艺相比能减少板料开卷、剪切工序，节约冲压成本，相比之前减少75%左右的人员投入，提高生产效率300%左右。

冲压是机械制造业中技术先进、影响深远的重要加工工艺之一，具有生产效率高、材料利用率高、零件质量优良和工艺适应性好等特点，有些大的覆盖件，如果不用模具加工，使用其他工艺无法完成，因此模具冲压工艺被广泛应用于汽车、机械、航天、电子、电器等行业。尤其是汽车、电子、电器上的冲压零件使用量非常大。但是，使用单工序模具的生产工艺效率低、设备占用率大、人工需求高。为了解决生产效率低等问题，逐步出现了复合模、一模多槽，再后来又出现了多工位级进模。多工位级进模工艺是国内外重点发展的精密冲压工艺之一。

中国冲压工艺的应用较国外还是有较大差距，但是目前中国的汽车行业发展迅猛，对冲压件的需求逐年增长，成本要求越来越严格。按照单件生产的冲压工艺已经没有任何优势，级进模工艺技术的应用是国内各大冲压件生产商重点发展应用的工艺。

级进模主要工艺路线：排样设计→模具结构设计→模具会签→模具制造→调试。本文以左右前翼子板支架为实例，来介绍级进模工艺技术应用与研究。

排样设计

排样设计是多工位级进模工艺设计的关键步骤之一。排样图是否合理，不仅关系到材料的利用率、制件的精度、模具制造的难易程度和使用寿命等，还关系到各个工位的协调性和稳定性。冲压件在带料上的排样必须保证完成各冲压工序，准确送进，实现级进冲压，同时还应使模具的加工、装配和调试维修简便。排样设计时对零件冲压工艺进行分析，首先确定零件的展开尺寸，然后进行各种方式的排样。在确定排样方式的时候，首先要根据零件的冲压方向、成形类型、成形次数、冲裁次数及模具结构的可能性，模具加工工艺性，模具厂家实际的加工能力进行综合分析，全面考虑各方面的因素之后，从几种排样方式中选择一种最佳的方案。完整的排样图应包括工位的布置、搭载部分的结构形式、相关的毛坯尺寸等。经过多轮讨论分析，左右前翼子板支架的冲压生产最终确定为12工位，具体为：冲孔压筋→冲裁→冲裁→冲裁→冲裁→空工位→翻边成形→整形→整形→冲孔→整形→切断，左右前翼子板支架级进模工艺排样图，如图1所示。

排样设计之后需要认真检查，以改进设计从而优化模具，发现问题及时改正。一般的检查包括以下几点：⑴材料利用率，检查是否为最合理的利用率方案；⑵空工位需要与否，在满足模具强度和装配调试空间的情况下应尽量减少空工位数量以减轻模具重量；⑶

零件尺寸是否能够保证，条料的送料精度、定位精度和模具制造精度都会影响制件的关联尺寸，对于零件精度高的关联尺寸，应在同一个工位上进行成形，如果零件的平面度和垂直度有要求，除了在模具结构上要注意之外，还需要增加必要的整形、校平工序来保证。

图1 左右前翼子板支架级进模工艺排样图

模具结构设计

在级进模中，冲裁工序常常安排在前几序和最后工序，前几序主要完成制件外形的切边和冲孔，最后工序安排切断，使零件与搭载部分分离。在冲切制件外形的时候，有时凸模和凹模的形状非常复杂，为了便于凸凹模的加工和保证凸凹模的强度，可将复杂的形状分割成一些简单的几何形状，增加冲裁工序来实现零件外形的冲裁；对于孔边距非常小的制件，常常先进行成形再进行冲孔，以保证孔的位置精度和形状。

成形工序一般安排在零件外形冲裁出来之后进行，如果一次的弯曲量或成形量太大，可以分几步弯曲成形。分步成形的时候，不变形部分的材料被压紧在模具表面，而变形部分在模具的作用下进行成形，成形力的方向需要根据面的弯曲程度来确定。如果需要侧向弯曲或者侧整形，则需要斜楔将冲床滑块的垂直运动转变为斜楔滑块的水平运动。但是不管怎样，每一步成形之后都要保证送料的顺畅，若送料不顺畅则必须设置抬料装置，以保证级进送料。

拉延工序一般在成形不能保证零件复杂的型面或者零件质量的情况下才使用，设计的时候应该根据零件的尺寸和拉延深度确定拉延次数及每次的拉延量。左右前翼子板支架级进模上、下模结构设计图如图2、3所示。

级进模结构设计中定位精度尤其重要，定位精度的高低直接影响到零件的加工精度，特别是对工位数比较多的排样，更应该注意条料的定位。一般在排样的第一工位冲导正孔，第二工位设置导正销导正，以该导正销校正自动送料机的步距误差。在模具加工设备精度不变的情况下，可以通过设计不同形式的搭载体和导正销的数量来控制条料的定位精度。

模具结构设计完成后，需要经过多轮评审和会签，直到满足评审组要求后方能生效，再进入模具制造阶段。级进模制造与单工序模制造过程基本相似，本文不作阐述。

级进模工艺现场调试

图2 左右前翼子板支架级进模上模

图3 左右前翼子板支架级进模下模

级进模现场调试时需要注意送料设备与卷料宽度及送料高度的匹配性，如果不匹配则需要进行适当的改进，否则无法生产。级进模的传感器是控制设备冲压和送料机步调统一的关键元件，通过调试和优化需要确保传感器精确稳定，一旦传感器出现感应不良或感应被干扰，就会导致设备停机，严重影响生产效率。级进模冲压均为连续冲压，冲压频次高，基本为每分钟20个冲次，这就需要保证零件排料的通畅和废料的收集都要迅速，以适应高频次冲压。图4为左右前翼子板支架冲压现场调试图。

图4 左右前翼子板支架冲压现场调试图

与传统单工序模具的比较

优点

⑴在同一副模具中，可以完成冲裁、拉深、成形、翻边等多种冲压工序，减少使用单工序模具的周转和定位问题，显著提高了劳动生产率和设备利用率。

⑵级进模的冲压工序可以分布在不同的工位，对于冲孔孔位较近的可以安排在不同工位冲裁，设计时还可以根据模具的强度和装配调试空间，更大程度的保证模具的强度和装配。

⑶级进模可以使用高速冲床生产，模具采用自动送料、自动出件、自动保护装置，操作安全，具有较高的生产效率，目前我公司设计的级进模按照每分钟20次的频次生产，是单工序模具生产效率的3倍。

⑷多工位级进模主要应用于零件厚度较薄、形状复杂、精度要求高的中小型零件，由于分序较多，可以提高零件的尺寸精度。

缺点

⑴级进模结构复杂、镶块较多、异形冲头较多，对模具的制造精度要求高，给模具的制造、调试和维修带来一定难度。

⑵对于模具的零件要求互换性高，在模具零件损坏之后要求更换迅速，因此模具工作零件选材要好，必须使用慢走丝切割、成形磨削、坐标磨等先进加工方法制造模具，导致模具的制造成本高。

结束语

级进模工艺生产效率高，人员投入少，设备投入少，较传统工艺大大提高了生产效率，节约了生产成本。但是还有许多零件由于结构问题，目前还无法使用级进模工艺生产，因此，我们将会进一步的研究应用级进模工艺，打破壁垒，让更多目前不能使用级进模工艺的零件，最终实现级进模生产。同时也呼吁目前还在大量采用单工序冲压生产工艺的厂家尽快应用级进模生产工艺，节约社会资源，提高生产效率。